ecomatmobile im Motorsport

Wer auf der Rennstrecke zuverlässig Höchstleistungen abrufen möchte, ohne Motor und Antriebsstrang übermäßig zu beanspruchen, der kann auf die Überwachung relevanter Prozesse nicht verzichten. Erfahren Sie hier, welchen Beitrag dabei die Produkte von ecomatmobile leisten können. 

Sensorik überwacht relevante Betriebsmedien des Rennwagens

Bei der Jagd auf Bestzeiten kommt es mitunter auf Feinheiten an. Luftladedruck, Benzindruck, Kühlmitteltemperatur, Öldruck – weicht eine Kennzahl vom Optimum ab, droht entweder der Verlust von Leistung (und damit auch von Sekunden), im schlimmeren Fall der Verlust des Motors. In diesem Rennwagen, ein Nissan Silvia, werden daher die wichtigen Messgrößen permanent mittels mobiltauglicher, reaktionsschneller Sensorik erfasst, im Cockpit in Echtzeit angezeigt und zu Analysezwecken aufgezeichnet.

Das HMI: Kommandozentrale im Cockpit

Zentrale Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug ist in diesem Falle das robuste HMI CR1077, das zentral im Innenraum installiert ist. Während der Fahrt werden die wichtigsten Daten im übersichtlichen Dashboard dargestellt. Auf weiteren auswählbaren Anzeigen lassen sich detaillierte Kurven visualisieren, etwa zum Verlauf des Benzin-Luft-Gemisches oder der Flieh- und Beschleunigungskräfte.

Temperaturen, Fliehkräfte, Hindernisse – alles wird erfasst

Das in den CAN-Bus eingebundene ioControl-Modul CR2052 im Motorraum liest die Signale der verbauten Sensoren ein und schaltet das Relais für zusätzliche Kühlunterstützung sowie ein Magnetventil zur optimierten Ölversorgung des Motors. So lässt sich das Leistungsvermögen des Wagens kontinuierlich im gewünschten Bereich halten.

Ethernet-Rückfahrkamera

Das ioControl-Modul nimmt zudem das Rückwärtsgangsignal auf, um die Ethernet-Rückfahrkamera einzuschalten. Deren Weitwinkelbild wird per Ethernet auf das Display übertragen, das Rangieren im Fahrerlager wird bedeutend sicherer und eine Kollision mit Hindernissen vermieden.

Mobile Ethernetcamera

Dynamischer Neigungssensor

Dank Fusion von 3D-MEMS-Beschleunigungsmesszelle mit einem 3D-Gyroskop erfasst der dynamische Neigungssensor JD jegliche Bewegung des Fahrzeugs. Die erfasste Beschleunigung gibt in der Datenaufzeichnung Aufschluss über die Richtung der Kurven und Bremspunkte. Über CAN eingebunden werden die Live-Daten aus dem Sensor auf dem ecomatDisplay visualiert.

Fernwartung aus der Boxengasse

Doch nicht nur im Cockpit lassen sich die Fahrzeugdaten jederzeit auslesen. Dank Mobile IoT Modem mit Funk, GPS und WLAN werden die Daten live von der Strecke in die Box gesendet.

Lesen Sie hier im Detail über weitere Funktionen, die es erlauben, den Rennwagen sicher im Grenzbereich zu bewegen.

Problemstellung

Hohe Quer- und Längskräfte beim Beschleunigen und Bremsen führen dazu, dass das Öl in der Ölwanne stark in Bewegung ist. Die Ölpumpe saugt in diesen kurzen Momenten lediglich Luft an. Die Folge: Der Öldruck fällt ab und die Lagerstellen im Motor werden stark in Mitleidenschaft gezogen.

Öl in Sicht

Mit Hilfe des im Kofferraum montierten Öldruckspeichers soll dem Motor genau in diesen Momenten der Mangelversorgung Öl zugeführt werden. Zusätzlich soll vor dem Motorstart manuell Öl in die Lager gedrückt werden können, damit diese geschmiert sind und beim Kaltstart weniger verschleißen. Der Öldruckspeicher ist mit einem Luftdruck von etwa 1 bar belegt. Überwacht wird dieser Wert von einem Drucksensor PU5404, dessen Analogsignal im Kofferraum von einem E/A-Modul CR2012 auf den CAN Bus eingelesen wird. Zwischen Öldruckspeicher und Motor ist ein Magnetventil geschaltet, welches in Richtung Speicher immer offen ist, sodass dieser geladen wird, wann immer der Motoröldruck höher ist als der Druck im Öldruckspeicher.

Die Applikationslösung mit ifm Komponenten

Der Motoröldruck wird von einem Drucksensor PT9543 an das Motorsteuergerät übergeben. Dort ist eine Kennlinie hinterlegt, die den Öldruck in Abhängigkeit von der Motordrehzahl überwacht. Beide Werte steigen etwa proportional zueinander.
Fällt der Öldruck unter den zur Motordrehzahl gehörigen Wert, schaltet das Motorsteuergerät ein Signal auf einen binären Eingang des ecomatDisplay. Der zweite Eingang des dort programmierten „Oder”-Bausteins ist das Signal hinter einem zugewiesenen Touchbutton auf der Displayoberfläche. Ist eines der beiden Signale aktiv, gibt das Display über das E/A-Modul ioControl den Befehl aus, das Magnetventil zu öffnen, wodurch das Öl aus dem unter Druck stehenden Öldruckspeicher in Richtung Motor fließt und der Druckabfall des Motoröls verhindert wird.

Temperaturmessung in Getriebe und Differential

Weitere relevante Informationen liefern unter anderem die Temperatursensoren an Getriebe (TU3105) und Differenzial (TM5101), die ebenfalls am ioControl angebunden sind. Steigt hier die Öltemperatur über einen definierten Wert, nimmt die Leistungsfähigkeit der Schmiermittel ab, was zu Lagerschäden führen kann. Im Fall einer Temperaturüberschreitung wird daher der Fahrer über das Display alarmiert und kann die Beanspruchung an den Antriebsstrang reduzieren, um Schäden vorzubeugen.

Benzindruckmessung

Neben dem Öldruck ist der Benzindruck ein wichtige Kenngröße. Ist dieser in Relation zum Ladedruck zu niedrig, entsteht ein zu mageres Benzin-Luft-Gemisch, das gravierende Schäden verursachen kann. Fällt der Druck aufgrund von Undichtigkeiten rapide, kann dies schnell eine Brandentwicklung im Motorraum zur Folge haben. Eine auf dem ecomatDisplay programmierte Warnschwelle alarmiert daher den Fahrer, wenn der Benzindruck unter den Sollwert sinkt.

Induktiver Kplus-Sensor für "Flatshifting"

Hintergrund des am Kupplungspedal montierten induktiven Kplus-Sensors IFS286 ist die Zeitersparnis beim Gangwechsel mittels „Flatshift”. Der mit bis zu 160.000 min-1 drehende Turbolader verliert viel Drehzahl, wenn beim Schaltvorgang die Drosselklappe geschlossen und ein Schubumluftventil geöffnet werden muss, um den sonst vor der geschlossenen Drossel anstehenden Ladedruck abzublasen. Wird nach dem Gangwechsel durch Betätigung des Gaspedals die Drosselklappe wieder geöffnet, muss der Turbolader den Ladedruck zunächst neu aufbauen, was im Rennsport wertvolle Zeit kostet.

Durch Bedämpfung des Sensors mittels einer am Kupplungspedal montierten Aluminium-Schaltfahne wird die Zündung unterbrochen. Somit ist der Antriebsstrang für diesen Moment lastfrei, obwohl das Gaspedal weiterhin am Boden ist. Die Drosselklappe bleibt währenddessen geöffnet, wodurch der Turbolader nur wenig Drehzahl verliert.

Induktive Drehzahlerfassung

Da mit dem Heckantrieb besonders auf nasser Fahrbahn Vorsicht geboten ist, wird hier auf eine programmierbare Traktionskontrolle des nachgerüsteten Motorsteuergerätes zurückgegriffen.
Es vergleicht die Raddrehzahlen der Vorder- und Hinterachse und reduziert über den Zündwinkel die Leistung, wenn die Hinterachse schneller dreht als die Vorderachse. Die Empfindlichkeit ist über ein Potentiometer einstellbar. Zur Raddrehzahlerfassung dient an der Vorderachse das Hall-Signal der ABS-Sensoren. Dieses Signal ist an der Hinterachse jedoch zu sensibel. Abhilfe schafft ein induktiver M12-Sensor, der die Antriebswelle abtastet. Die zur Vorderachse unterschiedliche Frequenz kann im Steuergerät einfach „geteacht” werden.

Kapazitive Sensoren zur Füllstandsüberwachung

Um einen schleichenden Kühlmittelverlust erkennen zu können wird der Füllstand des Kühlmittelausgleichsbehälters mit einem KQ6003 überwacht. Sinkt der Füllstand auf ein Minimum, zeigt der Alarmmanager des ecomatDisplay dies dem Fahrer an. 

Ein weiterer KQ6 überwacht den Füllstand des Wischwasservorratsbehälters.
Das Wischwasser wird auch zur Aufspritzung auf den Ladeluftkühler benutzt wenn die Ladelufttemperatur einen Grenzwert erreicht. Bei zu niedrigem Füllstand wird die Aufspritzung nicht aktiv, um die Pumpe vor Trockenlauf zu schützen. Steuerung der Kühlung durch Aufspritzung und Pumpentrockenlaufschutz sind ebenfalls im ecomatDisplay programmiert.

Separate Überwachung des Bremsdrucks an Vorder- und Hinterachse

Der Drucksensor PU8501, mit einem Messbereich bis 250 bar, misst den Bremsdruck sowohl an Vorder- als auch an Hinterachse. Das analoge Ausgangssignal des Sensors an der Vorderachse wird vom E/A-Modul ioControl CR2052 im Motorraum aufgenommen, der Sensor an der Hinterachse ist mit dem E/A-Modul CR2012 im Kofferraum verbunden. Skalierung und Visualisierung der Daten übernimmt das im Cockpit verbaute ecomatDisplay CR1077. 
Die getrennt erfassten Bremsdrücke für Vorderachse und Hinterachse ermöglichen die einfache und nachvollziehbare, weil datenbasierte Optimierung der Bremsbalance. Die Kombination aus Videoaufzeichnung und Datalogging der Bremspunkte und des jeweiligen Bremsdrucks hilft zudem dabei, Bremspunkte zu optimieren, was zu einer höheren Durchschnittsgeschwindigkeit und damit zu schnelleren Rundenzeiten beiträgt.